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锂离子电池设计 Prepared by: GX Liu Date: 2010.05 设计思路 产品信息 容量/尺寸 用途 工作电压/工作电流 内阻/出货电压 环境温度 循环 过充 …… 电芯设计 材料选择 结构设计 锂电材料 正极材料 负极材料 电解液 隔离膜 外壳 铜/铝箔 极耳 胶纸 粘结剂/导电剂 正极材料 负极材料 天然石墨 人造石墨 MCMB 硬碳 钛酸锂 合金 石墨 石墨分为天然石墨和人造石墨 杉杉人造石墨FSN-1和贝特瑞改性天然石墨818相关数据比较： MCMB 倍率性能好 循环性能好 价格高 克容量低(~300mAh/g) 杉杉CMS系列: G10、G15、G25等等 电解液 溶质：LiPF6(通常浓度为1M） 溶剂：环状碳酸酯(EC、PC)和线性碳酸酯(DMC、EMC、DEC、MPC） 添加剂：VC(碳酸亚乙烯酯)、PS(1,3-丙烷磺内酯)、丁二酸酐(或琥珀酸酐)、 CHB(环己基苯)、BP(联苯)、FB(氟苯)、FEC(氟代碳酸亚乙酯) 需要注意电解液与负极的兼容性 电芯设计原则 安全 Cell balance Overhang 超越客户期望 材料和配方的选取 工序控制 电芯设计思路 电芯尺寸设计 Cell Drawing Dimension Pocket内坑设计 Pocket 内坑长度= 电芯最大长度- 顶封错位0.5 - 模具公差0.25 - 顶封区宽度 - 2*[0.6 + 包装铝箔厚度+ (4 - 2*倒角0.6)*Tan(4*PI/180)] Pocket 内坑宽度= 电芯最大宽度- 折边空间（一般双折边为2.0，单折边为1.5） Pocket 内坑深度(＜5.05mm，单坑；＞5.05mm，双坑)= (电芯平均厚度 - 2*铝塑膜厚度)/1.08 隔离膜宽度 隔膜宽度= pocket内坑长度+0.5~0.6mm 极片宽度 阳极宽度=隔膜宽度-Overhang 阴极宽度=阳极宽度-Overhang 一般情况下，隔离膜和阳极在宽度方向的overhang是2.0mm。对于宽度比较大的电芯，比如EV电芯，为了防止错位，保证足够的安全，Overhang将会增大到3.0mm或更多； 一般情况下，阳极和阴极在宽度方向的overhang为2.0mm，但对于能量密度要求较高的电芯，在机器卷绕对alignment控制较好的情况下，可以考虑将此overhang调整为1.5mm。 卷针设计 卷针周长=2*[裸电芯宽度-裸电芯厚度] 其中：裸电芯宽度=包装铝箔内坑宽-0.8(宽度margin) 裸电芯厚度=(电芯最大厚度-2*包装铝箔厚度)/电芯膨胀系数1.08 菱形卷针示意图 卷针尺寸 卷针周长确定后，由于T1, T2, α, β为常数，卷针的其它尺寸就可计算出来。 对于不同厚度和宽度的电芯，卷针设计时要考虑不同的Width margin. 卷绕结构图 * * 产品信息 确定串并联方式 确定保护板、充电器、电池盒、连接线/片 确定单体容量及尺寸 选择电芯类型 材料选择 结构设计 确定设计方案 选择正负极材料及配方、电解液、隔膜、箔材厚度、包装材料、极耳等等 软包、铝壳、方型钢壳、圆柱钢壳 卷绕、叠片结构 电芯设计 ★ ★ ★ ★ ★ 2.0～2.5 ～135 3.2V 磷酸铁锂 ★ ★ ★ ～3.5 ～135 3.6V 镍钴锰酸锂（1:1:1） ★ ★ ★ ★ 2.8～3.0 ～100 3.7V 锰酸锂 ★ ★ ～3.9 ～140 3.7V 钴酸锂 ★ ～3.3 150～200 3.6V 镍酸锂 热稳定性 压实密度（g/cm3) 克容量（mAh/g） 平台电压（负极为石墨） 正极材料 89.4 90.4 First Efficiency(%) 363 346 Discharge capacity (mAh/g) Chemical ~1.6　 ~1.5 Design density (g/cm3) 1.39 1.23 BET (m2/g) 29.8 28.9 Particle Size (D90)(μm) 18.0 14.5 Particle Size (D50)(μm) 10.8 6.7 Particle Size (D10)(μm) Physical BTR-818 SS-FSN-1 Source 天然石墨价格比人造石墨便宜，但容易与PC发生共嵌，所以在选择天然石墨做负极时要考虑与电解液的兼容问题。 客户规格(T、L、W、Cap) 根据电芯尺寸和容量来选择材料体系 Pocket内坑尺寸(L、W) L: 电芯长度-顶封边宽- 2*弓长(~0.9mm)-2*铝塑膜厚度- 2*